流域生态学是研究流域内不同生态系统间的信息、能量、物质变动规律的学科。

人类文明主要集中于淡水生境。世界上的河流、湖泊、水库、溪流和湿地提供了大部分饮用水、农业、卫生和工业用水，同时也是大量鱼类、两栖动物、水生植物、无脊椎动物和微生物的栖息地。然而，人们对地球上淡水生物多样性的认识仍然非常有限。由于盲目的开发和利用，生物多样性正面临严重的威胁。淡水系统生物多样性分布格局与海洋或陆地系统有着根本的不同。陆地或海洋中的生命在一个广阔的区域内，基本上生活在或多或少连续的介质中，物种只需要适当地调整其活动范围就可以适应气候变化和生态条件的变化。但是，淡水生境相对不连续，许多淡水物种的分布难以突破陆地的阻隔，这就产生了三个重要的效应：淡水物种必须克服局部地区的气候变化；淡水生物多样性通常高度专业化，即使是小湖泊或溪流系统也积累了自己的、区域进化来的生物群落；即使是在某一类生境中物种数量较低的地区，淡水生物多样性也很高，这是因为物种在各个生境之间的差异性所决定的。

回顾过去四十年中国淡水生态学的研究与发展进程，以淡水渔业为例，存在的主要问题包括：天然资源遭到严重破坏（多样性下降，种类和个体小型化增加，天然产量下降）、养鱼的经济效益不佳（收益支出比率下降，商品饲料短缺且价格昂贵，主要养殖鱼类的质量下降）、盲目引进外来物种带来的不利后果以及淡水生态系统的缩小、碎片化和退化等。物种多样性下降的四个基本因素，即生境破碎污染、人类对生物的过度捕捞、引种和物种灭绝的次生效应在中国的一些淡水生态系统中也同样严重地存在。

按照《拉姆萨尔公约》的定义，内陆水体包括不同类型的淡水系统均属于湿地范畴。全球的湿地可以划分为七种自然景观，即河口、海涂、泛滥平原、淡水沼泽、湖泊、泥炭沼泽和沼泽森林。除了河口和海涂之外，其余五种属于内陆湿地景观，在中国也有分布。每种内陆湿地景观都包含了一系列不同的湿地环境，构成了一个复合生态系统，比如泛滥平原就包括了多种类型的浅水湖泊、淡水沼泽以及洲、滩地等地貌环境。内陆湿地中不同类型湿地环境镶嵌分布，而且任何一种类型的湿地都与其他类型具有多方面的联系，因此环境结构具有多样化格局，这是湿地生态系统具有极高生物多样性的基础。长期以来，人们常常将湿地视为荒地，随意开垦种植或将之用作排放污水和废弃物的地方。此外，由于对湿地环境结构的完整性对于生态系统的重要性认识不足，就会随意建造人工设施破坏环境结构，例如长江中下游平原泛滥平原的许多水利工程就使得当地的江湖一体化环境结构濒临瓦解。因此，必须从保护和恢复湿地多样化的环境结构入手，研究栖息地环境结构多样化格局对于维持生物多样性的作用。

过度的人类活动是湿地包括淡水系统生物多样性丧失的重要原因，其影响可分为两个方面。一方面，由于生物栖息环境的破坏而导致物种生存受到威胁或灭绝，例如土地的利用（围垦和城市化等）导致栖息地的直接丧失，人为建筑物（水利设施、堤坝等）导致环境结构发生变化，以及工农业废水和城市生活污水造成的环境污染等。另一方面，生物资源的过度利用或污染导致物种的灭绝或濒危，进而直接导致生物多样性下降。一些物种消失后，还会导致生态平衡失调，例如江河阻隔导致人工调蓄湖泊中江湖洄游鱼类种类资源灭绝，使其水体食物网络结构受损，鱼类通过食物链的下行效应，导致少数内禀增长率高的生物种群极度发展，而其他生物的生长受到抑制，从而导致生物多样性持续下降。

恢复湿地生物多样性的重点应该放在生物栖息环境的完整性和湿地食物网的结构完整性这两个方面，因为一个完善的水生态系统必须具备一个完整的营养结构。通过对水体食物网的主要消费者——鱼类的群落结构的营养平衡的监测，可以判断水生态系统的完整性。这一监测和研究的基本理念是由美国学者卡尔（Karr）于1980年提出的，并提出了生物完整性指数（IBI）的概念，目前在北美和欧洲得到了广泛应用。此外，应根据不同种群的生物学特性，研究制定合理的利用规模，协调资源的保护和利用之间的关系，有利于维护自然生态系统和人类自身的可持续发展。

生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境、生物群落和生态过程变化的惊人多样性。其主要研究内容包括生态系统的组织化水平、生态系统多样性的维持与变化机制以及生态系统多样性时空变化的监测等。事实上，对生态系统多样性的研究应仍属于生态系统生态学的范畴。以往对生态系统的研究都是从生态系统的属性开始，即研究生态系统的结构和功能以及生物生产力。生态系统结构方面的主要特征包括：生物群落的组成（种数、生物量、生活史）、非生物物质的数量及分布、生物生存条件的范围和梯度等。这些特征在很大程度上包含了生物多样性的信息。在一个自然的生态系统中，影响生物多样性的主要因素有以下几点。首先是系统发育的时间，即系统发育时间越长，种的多样性越高。其次是地域面积，即地域面积越大，种的多样性也越高。第三是生境，即生境资源越丰富，对生物的容纳能力大，承受能力强，种的多样性就越高。此外，群落的演替过程、种间竞争以及人为或外界干扰都会对生物多样性产生较大的影响，而这些影响都是通过生态系统的功能或过程进行的。从另一个角度来看，生物多样性参数对生态系统的功能显然也具有重要意义。

现代生态学研究的基本单元是生态系统，如湖泊、河流生态系统。水生态系统的脆弱性体现在：易受岸边周围地区的影响（包括生命活动和自然过程），因此，仅研究水体本身是不够的。另外，水体占国土总面积的比例很小，以湖泊为例，中国湖泊有24,880个，总面积83,400平方公里，面积超过1平方公里的湖泊有2,848个，总面积为80,645平方公里。而流域则大得多，例如武汉东湖，水面32平方公里，汇水面积97平方公里，而长江流域面积约占国土面积的20%。因此，无论是从理论研究还是实际应用的角度来看，将流域视为一个大的生态系统，开展流域生态学研究都是非常必要的。

湖沼学一直是生态学思考和管理实践的前沿学科，而现代生态学研究迫切需要与数学、地球科学、计算机科学等领域的融合，景观生态学就是一个很好的例子。但由于水体经常被视为不透明的、异质的嵌块在景观地图上绘制，并且水体科学家并不经常借用景观生态学的工具和概念来解释它们，所以景观生态学不容易与淡水科学结合起来。其中一个原因是淡水生态系统格局很难被观察到（多了一个水的介质、可见的格局也非常短暂）。此外，由于系统无法识别自身以及生态系统的开放性，只关注水体很容易形成认知障碍，应该从更高的层面研究水体，将视野从水体扩大到汇水区域（对于静水水体而言）或流域（对于流水水体而言），开展流域生态学研究。

流域生态学不同于景观生态学，它与景观生态学的区别和联系在于：流域有明确的地理学上的边界，景观则没有；流域和景观都是由不同生态系统组成的异质性区域；景观主要针对陆地，而流域则主要关注水系：流域和景观都是社会-经济-自然复合生态系统；景观生态学是地理学和生态学的交叉学科，流域生态学则是淡水生态系统向陆地生态系统的一个延伸；景观生态学以景观为对象，研究其结构、功能和变化，即景观要素和生态客体（如动物、生物量、营养物）的空间格局、生态客体在景观要素之间的流动、镶嵌体随时间的变化；流域生态学则研究流域内不同景观（高地、沿岸带、水体）和不同生态系统间信息、能量、物质的变动规律。

流域生态学研究应包括以下主要内容：

1. 流域形成的（地理和古气候）历史背景及发展过程；

2. 流域景观系统的结构（不同生态系统或要素间的空间关系，即与生态系统的大小、形状、数量、类型、构型相关的能量、物质和物种的分布），功能（空间要素间的相互作用，即生态系统组份间的能量、物质和物种的流）和变化（生态镶嵌体结构和功能随时间的变化）；

3. 流域生物多样性测量，生态环境变化过程对流域景观格局（如水生、陆生及水陆交错带生物群落和物种）的影响与响应；

4. 流域内主要干、支流的营养源与初级生产力，干、支流间的能量、物质循环关系及其规律，流水与静水生境之间营养源和能源的动力学研究以及江湖阻隔的生态效应；

5. 流域的生态学特征以及区域生态环境整治的生态工程、流域城市生态学、人类生态学和生态经济学；

6. 流域水系的环境背景值及环境容量，污水处理与资源化生态工程系统研究；

7. 水体梯级开发的生态学后果与对策，自然灾害的评估与预警；

8. 流域工农业现状及生物资源的利用与保护，流域社会经济可持续发展对策。

开展流域生态系统研究，需要多学科、多专业的交叉渗透和联合攻关。以长江流域为例，几十年来，中国科学院相关研究所与其他科研机构合作，从事水域生态学和陆地生态学的调查研究，在长江流域的资源、环境科学方面做出了许多重要贡献，已经具备了开展流域生态系统研究的科技储备。相关部门计划在“九五”期间选择重点类型与区域进行生态系统多样性维持机制的研究，主要包括重要生态系统的优势种、关键种的保护生物学研究、类群间相互作用（食物网）与生态系统稳定性之间关系的研究以及生境片段化的成因及恢复的研究。作者建议在选择重点类型和区域时，选定一个具有代表性的中等尺度的流域，组织多个研究单位共同协作、联合开展流域生态学研究，增强生态系统多样性研究的理论性和实用性。

就水生态系统多样性研究而言，近期应通过调研和收集各方数据和资料，建立并逐步完善中国的水生生物及内陆水体数据库（DOBEIC），结合3S技术、非线性科学和现代计算机理论，尝试对水体内的过程和格局的特征进行非线性度量，从而进行尺度转换和尺度推导，在此基础上与DOBEIC相结合，拓展到长江中下游平原淡水湖泊群。具体而言，即以长江中下游水体为主要对象，研究湖泊与水系的分形特征与环境质量的关系、水草分布格局的非线性度量及与生物多样性的关系、人类活动对湖泊生态系统的影响与对策、林-农-渔复合生态系统优化结构的技术及示范、应用SPOT卫星对湖泊生态系统进行动态监测等。